微子基金,假设一个氢分子以光速撞击人体?
“您知道,187J3X1正处于像太阳一样的稳定期,是绝对不可能成为爆发成新星的。而且我们观测到了它被摧毁的过程:一个接近光速的物体击中了187J3X1,那东西体积很小,他们把它叫做光粒,它穿过恒星外围气层的那一瞬间才从尾迹被观测到,光粒虽然体积小,但由于十分接近光速,它的质量被相对论效应急剧放大,击中目标时已经达到187J3X1恒星的八分之一,结果立刻摧毁了这恒星,187J3X1的四颗行星也在爆炸中被汽化。”
这是科幻小说《三体》中描述的一颗恒星被高等文明毁灭的场景。
根据爱因斯坦的公式,当一个物体的速度越快,所具有的能量就越大,而当速度越接近光速能量就越接近无穷大,当它与物体相撞,能量的释放自然是巨大的。
但是一个氢分子(两个氢原子组成)加速到光速,就能如网友所说的,能直接摧毁太阳,甚至是地球吗?
你别说,这种事儿以前还真的发生过:
1978年7月13日,一个叫布戈尔斯基的科学家在检查苏联的粒子加速器时,不小心被卡住了,不巧的是,此时正好有一束被加速到基金光速的粒子束经过,正巧从他脑袋中穿过,爆了头。
老布并没有人体爆炸,粒子加速器也并没有损坏,地球更没有报销。
不过老布虽然没有死,不过确实很受伤,半张脸瘫痪,但是并没有影响智商,他康复后继续从事相关工作。
没错,高能粒子被加速到接近光速之后,在粒子的尺度上,的确能量无穷,但放大到宏观尺度上,它的能量就没那么大了。
在粒子世界里,有一种现象叫粒子隧穿效应,指的是粒子可以穿越位势垒的现象,大白话说,就是一座墙,一颗粒子可以不用绕,就能瞬间穿过墙体。
人体看似百十八斤的挺敦实,但在粒子“眼”里,人体就像张渔网一样,全是洞,如果自身没有电荷,如中微子,穿过去就轻松简单的很。
X射线拍片就是这个道理,射线可以轻松穿过人体,形成图像。但是照多了没好处,就是因为X射线在穿过身体的过程中,难免会跟组成人体的原子发生关系,进而产生损害,所以X射线不能多照,就是在这个理儿。
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你觉得杨振宁在世界科学界的历史排名是怎样的?
最近看到网上,有的说杨振宁肩比爱因斯坦,有的说超牛顿排世界第一,有的说进世界前五没问题,还有更甚者,说现在在世的物理学家与杨振宁相比都是垃圾。我想,这些说法都是不付合实际的。那么,杨振宁的真相到底是什么呢?真相就是,在世界范围内,杨振宁就是一位著明物理学家,关于排名並不重要,实际上也无法排名,一家有一家的排法。
出于好奇,也为了了解杨振宁在世界物理学界的排名,我搜寻了几个版本的排名,一个是英国较有权威的一个期刊《物理世界》,还有一个《物理学论坛》搞的网上投票,还有利用谷歌点击量的排法,都是评出世界上10位伟大的物理学家,但这三个版本中都没有杨振宁的名字。
在今年四月份,也就是2018年4月份,美国权威杂誌《时代》周刊,发表了《伟大的科学家一一改变世界的天才和远见者们》,录入了全世界101位科学家,其中:医学14名,遗传学11名,社会科学7名,考古学13名,地球科学9名,化学10名,天文学10名,数学9名,古生物学9名,物理学9名。
9名物理学家是 :牛顿,麦克斯韦,爱因斯坦,霍金,吉布斯,狄拉克,莉泽-迈特纳,巴丁,费曼。这里也没有杨振宁的名字。
我国的古生物学家董枝明入选,也是亚洲唯一入选的科学家,董枝明山东威海人,现年81岁,他是世界上首屈一指的研究恐龙的权威,美国科幻冒险电影《侏罗纪公园》里恐龙的名字,都请他命名的。
《时代》周刊可不是一般的刊物,能上周刊的也不是一般人物,很多国家政要和我国领导人,大多上过时代周刊。
后来又搜寻到一个国外网站的排名,它是对现在在世的20位物理学家进行排名,杨振宁排在第19位,而李政道排在第12位。这个排名让我们大跌眼睛,没有我们想像的那么靠前,谁不想我们的科学家能排在前面呢。不管怎么排,一个网站而已,不必在意。
现在又延伸出来一个问题,可能有人对李政道排名在杨振宁前面不太理解,而实际上,两人都差不多,不分伯仲,两人都是世界著名物理学家,都取得骄人的成就,都是华人的骄傲。但在国际上,在美国,李政道的名气要稍高于杨振宁,在学术上也稍高于杨振宁。我也有同样看法,我不是在贬低杨振宁,当然有我的理由。
我们不去评价他俩的研究成果谁大谁小,谁高谁低,也无法评价,他们二人都是世界著明物理学家,其研究成果,每人都能列出十几项之多。如,李政道的量子场论中的著明" 李模型"和 “ 李-瑙恩伯定理",与杨振宁的"杨-米尔斯规范场论",怎么评论?一个是牡丹,一个是玫瑰,哪个花好看,是无法评论的。但,我说的以下理由,可以看出李政道稍高于杨振宁了。
(1),1957年,李政道与杨振宁共同获得诺贝尔物理学奖,在这一奖项中,李政道所起的作用要大于杨振宁,因为在弱相互作用中宇称不守恒这一突破性想法,是李政道首先提出来的,并在与杨合作之前,李政道已开始了研究。得奖的论文,是李政道执筆写的。所以,在论文的签名,获奖通知上的签名,都是李政道在前,杨振宁在后的。
(2),在2007年,诺贝尔颁奖大会,邀请了李政道参加,以纪念他获奖50周年,但没邀请杨振宁参加,可见,在诺贝尔奖励委员会的眼中,李政道的作用是大的。
(3),美国国家科学院,在1961年增选院士,李政道当选院士,而杨振宁没有被选上。杨振宁选为院士是以后几年的事了。可见,李政道的学术水平,科研成就明显高于杨振宁。
(4),1950年,年仅24岁李政道获美国芝加哥大学博士学位,被称为神童博士。5年后,他一步一步的成为哥伦比亚大学,二百多年历史上最年轻的正教授。特别突出的是,李政道后来又被哥伦比亚大学授于全校级教授。全校级教授的称号起源于哈佛大学,授于学校特别拔尖,有特别突出贡献的教授,这一称号极其难得,又特别崇高。但杨振宁没有达到全校级教授的水平。
(5),李政道是数学天才,物理奇才,这是他的老师吴大猷教授说的。李政道在西南联大物理系上学时,师从吴大猷教授,在李政道二年级时,已将大学的物理学完,並且吴大猷教授给他额外增加了很多内容,李政道都能很快学完,一直学到吴大猷教授再没可增加的内容。所以,吴教授看准了这位奇才,冲破各方面阻力,没有在人才济济的教师中选拨,而是选了还是大学二年级的李政道去美国学习原子弹技术(因美国的原子弹技术不外传,改学理论物理),同去的还有已是助教的朱光亚。李政道果然历害,不久便拿到博士学位,被称为神童博士,又不久,便成了哥伦比亚大学二百多年来最年轻的正教授,当时29岁。又过两年,首先提出了在弱相互作用中宇称不守恒的突破性想法,于1957年与杨振宁一同获得诺贝尔物理学奖。
为什么在国内李政道没有杨振宁那么有名气,杨振宁的成就和为国家的贡献经常有人报导,大家都很熟悉,而大家对李政道却了解甚少,我想可能与两人性格有关,李政道性格内向,善于实干,做的多说的少。为此,在这里拿出一定的篇幅,我特别介绍一下李政道,宣传一下李政道,他默默的为祖国做了那么多贡献,他却从不张扬,一直保持低调,我的介绍,也是让读者对李政道能有进一步的了解。下面我只能粗略的做一介绍。
(1),李政道参加了国家重大项目的研制与建设,为科学重器一一北京正负电子对撞机的研制建成做出重大贡献。
1984年10月7日,北京正负电子对撞机破土动工,在党中央,国务院和邓小平的直接关怀领导下,我国上万名科技人员,工人,干部经过顽强拼搏,高质量建成,1988年10月16日实现了正负电子对撞,随即,人民日报发表评论称 " 这是我国继原子弹,氢弹爆炸成功,人造卫星上天之后,在高科技领域又一重大突破性成就",“ 为我国粒子物理研究和同步辐射应用开辟了广阔的前景,揭开了我国高能物理研究的新篇章"。标志着我国进入高能物理研究先进国家之林,成为世界八大高能物理实验研究中心之一。
北京正负电子对撞机的建成与对撞成功,离不开李政道教授呕心沥血的参与工作,也可以说,没有李政道教授,就没有对撞机。因为,这一重大项目一开始就是李政道提出的,国家采纳了李政道的意见。在工程的论证过程中,李政道付出了极大精力和艰辛劳动。并且在李政道的千方百计联系下,我国向美国五大实验室和部分大学,派出40多名科研人员学习,美国人称他们为“李政道学者"。
1988年10月24日,邓小平和其他中央领导同志视察对撞机时,当面对李政道教授表示感谢,并亲切握手,合影留念。当时的工程领导人在讲话中说“工程这么顺利,质量如此好,李政道教授付出了很多精力,做出了杰出贡献,是有大功的"。每当工程遇到困难时,李教授总是竭力解决,可以说逢山开路,遇水架桥,渡过一个又一个险滩难关,为对撞机的建成,起了极为重要的作用,我们十分敬重这位杰出的炎黄子孙为祖国所做的杰出贡献。
对撞机的建成,也驳斥了一些人说搞理论物理的科学家不适回国搞应用技术的论调。他们不看看,美国搞第一个原子弹的奥本海默,泰勒,费米,玻尔,费曼等等,哪一个不是搞理论物理的。
(2),在刚结束动乱,科技人才极其匮乏的那个年代,李政道向邓小平建议,要用美国的资金为中国培养人才,邓小平采纳了建议,并付之行动,从1979年到1989年的十年间,在李政道的斡旋下,共派出近千名留学人员,得到美方资助,这部分人学成后几乎全部回国,成为各条战线上科技骨干。
(3),1985年,在李政道的提议和倡导下,在邓小平的支持下,我国成立了博士后流动站和中国博士后科学基金会。李政道担任全国博士后管理委员会顾问,中国博士后科学基金会名誉理事长。
(4),1986年,李政道千方百计争取到了意大利的经费,在中科院的支持下,创立了中国高等科学技术中心(CCAST),李政道亲自担任主任。
(5),1986年,李政道任北京现代物理中心主任。
(6),1988年,在李政道帮助下,成立了浙江大学的浙江现代物理中心。
(7),创立了复旦大学的李政道实验物理中心。
(8),1997至2004年,李政道任RⅠKEN-BNL研究中心主任。
(9),2006年以来,李政道任北京大学高能物理研究中心主任。
(10),2015年,李政道荣获"中华文化人物"荣誉称号。
(11),李政道是北大,清华,复旦,中科大,浙大,南大,南开,上海交大,暨南大,厦大等十余所著明大学的名誉教授。
(12),1998年,李政道将毕生积蓄,以他和他已故夫人的名义,设立了中国大学生科研辅助基金,资助一些大学本科生从事科研工作。李政道为中国教育事业的发展,为科学事业后继有人,实乃用心良苦,竭尽全力。
(13),李政道曾给中央领导写信,表述了建立一个世界顶级的研究所的建议,此信得到党和国家领导人的批示,2016年11月28日,李政道研究所在上海宣布成立,刚刚度过90岁生日的李政道,希望这个以自己名字命名的研究所,能成为吸引国际顶尖科学家的品牌,并在若干年以后,为我国造就一批国际顶尖的科学家。
以上简单介绍了一下李政道为祖国做的贡献,光邓小平就接见李政道达14次之多,可见他为国家做的事情之多和在国家领导人心中的分量。
为祖国默默贡献的科学家太多太多,23位两弹一星元勋,比较熟悉的能叫出名字的才几个?氢弹之父于敏也没有多少人知道。由于我国氢弹采用的是于敏构型,使得我国氢弹先进于其他国家,美,俄,英都因无法长期保存而销毁,而于敏构型不但能长期保存,而且保存费用低,因此,使得我国是现今世界上唯一拥有氢弹的国家。像这些为祖国做出巨大贡献的科学家,希望能有更多的人给以宣传报导。
下面照片 : 邓小平接见李政道;李政道给邓小平讲解;李政道在对撞机工地;对撞机一部分;科技日报当时的整版专题报导。
你觉得下一个类似相对论的科学理论或类似爱因斯坦的科学家什么时候才能出现?
中国己经产生……陈绍光先生1936年12月出生于江西宜春。1959年毕业于北京大学地球物理系,于1964年28岁完成《量子旋进论》形成自己理论体系,文革之后,在邓小平副主席同志亲自关心下,陈绍光1979-1991年十二年期间有幸在清华大学物理系实验室专职从事实验研究和基础理论的探索。
成果(一)1980年在《科学通报》第23期发表论文“空间非各向同性产生磁场”预测‘天王星’‘海王星′的地磁场,分别于1986年,1989年被美国旅行者2号飞船准确证实,为了验证自己的理论,80年代陈绍光使用中国第一台超导量子干涉仪亲自做实验研究《陈绍光、杨仲乐等, 转动物体磁性的实验探索,江西科学 第12卷 第4期 P.208-213(1994)》发现了包括地球在內的所有星球磁场起源机制及规律,彻底解决困扰了人类400多年的世纪难题(到今天为止包括牛顿,爱因斯坦,玻尔在内世界所有最著名物理学家都不没有解决)。成果(二):Chen Shao-Guang ,Does vacuum polarization influence gravitation? (真空极化影响引力吗?)Nuovo Cimento 104 B ,611~619 (1989)1989年陈绍光发表在意大利著名科学杂志,解释了当时世界上所有“引力异常” 的实验结果,彻底终止了世界范围内当时最顶级物理学家对“第五……N种作用力”的研究及实验热潮(大家可以查阅7、80年代相关报导),所有的相关实验项目及经费全部下马。成果(三): 《陈绍光、刘宝诚, 检验空间各向同性的新方法 ,北京大学学报(自然科学版)32(5),612-620(1996)》,在清华大学期间也曾主持多项国家自然科学基金资助的科研课题,其中“光速各向同性的实验”,将世界最高精度提高了两个数量级。解决了单向光速不可测量的悖论。成果(四):《Chen Shao-Guang ,Does vacuum polarization influence gravitation? (真空极化影响引力吗?)Nuovo Cimento 104 B ,611~619 (1989)》同样这篇论文中陈绍光预言引力场是量子化的,在2002年尼斯维契夫斯基等欧洲几国科学家测量超冷中子在地球重力场下落发现中子下落过程不连续,被中国两院院士评为2002年世界十大科技进展第三项(可以查阅相关报道),又一完美证实了陈绍光关于引力场是量子化的论述。.成果(五): 《科技日报 2004年6月29日第10版 “我国科学家陈绍光的第三預言:引力探测器B是负结果” 科技日报电子版网上下载:www.stdaily.com /产经周刊/2004-06-29》,即是说,探测器B中的四个镀铌的石英超导陀螺的转轴不会因地球的自转而改变相对方位”(意思是测不到相关实验结果 ),当时斯坦福大学的科学家们信心满满2年出实验报告,可惜十几年过去了,实验报告无法公布,彻底否定了爱因斯坦广义相对论关于时空扭曲的预言,又一次证明了陈绍光1964年的《量子旋进论》正确性。综上所述陈绍光的《量子旋进论》涉及都是自然科学最基本问题,它不仅能解释其他理论能解决的问题,而且现有理论存在严重缺陷它都能完美自洽。也从另一方面验证为什么近百来世界基础理论没有任何重大突破,因为在爱因斯坦等伟大科学家的影响下,科学研究出现了方向性的偏差,当八十多岁的陈老师本己安度晚年,但通过新闻了解同一天华为公司孟晩舟女士在加拿大被扣及华裔科学家张首荿被自杀的事件,非常气愤,希望以他绵薄之力努力改变以美国为首的西方国家一直把持现代科学的前沿阵地的现状,如果我国科学陈绍光的《量子旋进理论》能得国家关心与年轻一代科学家的全力支持,必将彻底扭转我国基础科学落后的地位,中国人将在末来一个世纪引领世界科学先锋。
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陈绍光先生研究工作的历程及主要成果——评介
陈绍光先生1936年12月出生于江西省宜春市,1959年毕业于北京大学物理系地球物理专门化。
1979年至1991年,陈绍光先生在清华大学物理系做客座研究,以实验的方法研究了“光速及其各向同性”、“磁场起源”等课题。在清华十四年,除了作实验外,有充分的时间,无拘无束在理论物理学的各个领域进行了详细的探索和研究。为他的研究工作打下了坚实的基础。
(一)“新引力公式”的形成(1989.12-2003.9)
陈先生以全新的视角、以QFT(量子场论)为基点,研究真空极化效应,通过类比Casimir(卡西米尔)力,导出了真空虚中微子压力作用下两个物体间的类Casimir力即新引力: f QFT = fP QFT + fCQFT
fP QFT = - (Є m M/r2) r/r ——质量不变速度变化时的动量变化率
fC QFT = - (Є m M/r2) v/c——速度不变质量变化时的动量变化率
新引力公式与牛顿万有引力公式“形似”,而本质不同,本质的差别在于:牛顿公式中的质量m和M是彼此独立的不可变化的参量;而在新引力公式中质量m和M则是彼此间有相互影响的可变化量。
陈先生的研究成果相继发表在国内外学术期刊上。1997年陈先生从江西省科学院退休后,随儿子定居深圳。在清华大学做客座研究时他的学生陈其良先生热情鼓励和大力支持下,将以前研究的成果进行梳理和总结,并以专著“引力的起源和引力红移——谁引爆了宇宙”出版面世(四川科技出版社,2004年3月)
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(二)“新引力公式”的完善(2003.9-2006.3)
1989年陈先生在研究量子场论和引力的关系时,从真空极化效应的质量重整化出发,分析Dirac粒子的碰撞过程推导出了质量可变的牛顿定律,得出了引力具有屏蔽效应从而不可线性叠加的结论,由此解释了第五种力和引力异常等众多实验结果,以题为“真空极化影响引力吗”发表在意大利著名杂志IL NUOVO CIMENTO 104B卷 611-619页。1990年陈先生接着推导出了类Casimir力的新引力公式f QFT和广义相对论的等效原理与度规方程,使爱因斯坦方程可精确求解。质量可变的新引力公式成了QFT和GR(广义相对论)的一个交汇点。1990年英国科学家Bondi从GR也得出质量可变的结论。
2005年陈先生从GR质量可变和力是动量的变化率的定义:
f = ∂ (mv) / ∂t = m (∂v/∂t) + v (∂m/∂t) = fP + fC
得出了跟GR可相互推导出,从而完全等效于GR的新引力公式f GR:
f GR = fPGR + fCGR = m (∂v/∂t) + v (∂m/∂t) = - (GmM/r2) ((r/r) + (v/c))
以上f QFT和f GR两公式中压力常数Є和引力常数G,若都取实验值,则Є=G。由此f GR= f QFT,这给新引力公式划上了完美的句号。
新引力公式极大地丰富和发展了物理学,这一崭新的理论,不但符合诸多的物理实验结果,还能解释一些过去不能解释(或不能很好解释)的物理现象。在两论汇合(量子场论和相对论),四力统一(强作用力、弱作用力、电磁力和引力)等重大物理学的领域有所突破。对此,2011年我们在中国科技纵横127期发表了題为“陈绍光引力公式产生及其特点”的论文进行介绍。
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(三)新引力公式的升华(2006.3-2009)
——测量时空和自然力学方程
2006年以来,陈先生的研究工作又有了新的进展,2008年在第三十七届世界空间科学大会上(加拿大蒙特利尔市),陈先生发表了五篇论文,指出了由Doppler效应测量的结果,可推导出罗伦兹变换的“钟慢”和“尺缩”效应。从而狭义相对论有了坚实的实验基础,使相对论摆脱了是在‘假设’基础上的推论这一阴影。2010年在第三十八届世界空间科学大会上,陈先生又发表了四篇论文,指出了由Doppler效应测量的结果,可推导出测不准关系和普朗克常数。进一步使量子力学、相对论量子力学和量子场论摆脱了完全建立在‘假设’的基础之上。
陈先生还在1996年从实验物理的角度,分析了一百多年来的诸多实验,指出:通过两光束(或微波)的精密比较中基于光程差到相位差的实验测量结果,例如作为相对论实验基础的Michelson型式的干涉法、拍频法等等实验,都是无效的。因为Michelson实验是基于两个相互矛盾的前提:“光波长和光频率均各向同性”但“光波长与光频率之乘积的光速却各向异性”。由此,提出了检验空间各向同性的新方法,1997年主持完成了国家科学基金项目“双速光速各向同性的测量”,精度达到了1*10-18,至今仍是世界最高精度。新的检验方法和测量结果的两篇论文分别于1996年和1997年发表在北京大学学报(自然科学版)32卷第5期和33卷第五期且均为SA收录。
由此可见,陈先生具有深厚的实验物理的背景和功底。他研究理论时总是从实验结果出发,推出结论时总是想到如何用实验和观测进行检验,重点是考虑怎样测量出结果来与理论推论进行对比,这是他早年在计量部门长期工作所形成的研究习惯。所以,陈先生的公式简单、明确,完全可以操作。
理论物理学界早有共识,即牛顿力学中(伽利略时空)的绝对同时性是先验的、不可测量的。爱因斯坦企图用可测量的相对同时性来取代绝对同时性,用相对时空取代绝对时空。但相对论中用罗仑兹时空定义光速,则会形成自我循环,因此爱因斯坦的光速不变原理中的光速,只能在伽利略时空中定义与测量,使得相对论内含有罗仑兹时空和伽利略时空这两套互不相容的时空。这是相对论无法克服的缺陷,也是相对论被争议达一个世纪的根源。伽利略时空中也存在一个天生的缺陷:绝对同时定义中光速(信号传递速度)为无限大值,与光速在伽利略时空中实测为有限值之间存在的原则性矛盾。因此,牛顿力学与相对论都有缺陷,绝对时空与相对时空均需改进。
时空应该建立在可测量的体系内,单向光速就是长度和时间最基本的测量手段。科学发展要求建立绝对可测量的单向光速的迫切性,陈先生适时提出了用现代技术手段测单向光速的方法。
从可测量的单向光速加上长度、时间等国际单位的定义(公认的),这一体系在传统意义上就是“可以测量”的时空,不妨称之为“测量时空”。
从物理含义来讲,测量时空与罗仑兹时空和伽利略—牛顿时空既有共同的国际单位的定义为基础,而又有所差异。在测量时空中光速为测量所得,且为有限值。使牛顿力学中相互作用力的传递速度为无限大和超距作用的理论,变成了作用力传递速度为有限值从而是非超距作用的理论,由此使牛顿力学被广义化了!随即发生了突变:通过Doppler效应的测量结果,能够推导出罗仑兹变换和测不准关系,顺理成章,使得狭义相对论,量子力学及量子场论都与测量时空建立起了直接的关系。
前面叙述的新引力公式的出现看似偶然,实为必然,它是以实验为基础,在测量时空的体系内,贯串了狭义相对论、量子力学、量子场论、广义相对论和牛顿力学。使新引力公式有了更广泛和更深刻的涵义。据此,将f QFT和f GR两个等效的新引力公式称为“自然力学方程”更为贴切。
自然力学方程可以理解为:是被广义化的牛顿力学,也是建立在测量基础上的爱因斯坦方程的简约化表述。
自然力学方程是既适用于低速,又适用于高速;适用于连续场,又适用于非连续场;适用于宏观物体,又适用于微观粒子的普适性运动规律的科学。它完全继承了经典物理(牛顿力学和电动力学)和现代物理(量子论和相对论)的科学成果,又以实验物理为基础(测量时空)将它们贯串起来,实现认识论上的提升。
从引力就是弱作用的类Casimir压力,引力理论被纳入弱-电统一理论;广义相对论的引力方程(非线性的爱因斯坦方程),可以由类Casimir压力的新引力公式取代而简化;物理学中许多过去不能解释的实验和观测结果可以得到解释,许多长期争论的悬疑可以得到答案。物理学的研究将展现出新的方向和广阔的前景。
陈先生出版第二部专著(英文版)-----“没有假设的相对论和量子力学以及引力作用的起源”(四川科技出版社,2010年1月)。该书系统地论述新引力公式的形成及发展,测量时空及自然力学方程等新颖观点和结论。书中除回答了引力作用的起源和量子场论虚粒子的起源等根本性问题之外,还详细分析了引力的速度依赖和引力的屏蔽效应。具体涉及到引力致正负电荷分离与天体磁场的起源、引力作用下能量不守恒和时间箭头、引力波、先峰号飞船的反常加速度、GP-B进动、中微子振荡、虚光子和虚中微子的数密度、黑洞、‘暗物质’与‘暗能量’以及众多有关引力异常的实验和观测结果。最后还将新引力公式应用到星系和总星系,得出了一个天外有天的局域化自动稳定的宇宙模型。可以预计这部专著对理论物理和认识论的发展将做出积极的贡献,也将对后世产生深远的影响。
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(四)跨越现代物理与经典物理之间的鸿沟
从2006年以来,陈先生一方面是在世界空间科学大会上发表论文,阐述新引力公式在空间科学方面的应用;另一方面在“中国科技纵横”期刊上发表他多年来实验研究和理论探索的成果。
1、在“中国科技纵横”发表论文
从2010年开始陈先生以“中国科技纵横”为阵地,连续发表十篇论文。其中最有标志性的文章当推“跨越现代物现与经典物现之间的鸿沟”。这篇文章可以说具有划时代的意义,文章分析了众所周知的现代物理与经典物理之间所存在的鸿沟的产生与演变,提出跨越鸿沟桥梁的三个桥墩:——单向光速可测,实验测量得出光速值有限和各向同性;多普勒效应直接测量结果推导出洛伦兹变换;多普勒效应直接测量结果推导出测不准原理。桥梁即是新引力公式(自然力学方程)。这里的三个桥墩把狭义相对论和量子力学的基本原理直接与牛顿力学的多普勒效应贯通,新引力公式把广义相对论和量子场论与牛顿力学贯通,使得牛顿力学就与现代物理实现了全面接轨。可以简单理解成:牛顿力学因注入新的概念而被广义化了;新引力公式用物理学上的可变质量的不可线性叠加,取代了爱因斯坦方程数学形式上的非线性性,成为广义相对论的新版本。
这篇文章应该认为是完满解答了物理学百年以来的悬案,理顺了物理学发展史上的障碍。承前启后,必将推动继往开来,这篇文章的深远影响,将被时间所证明。
在“中国科技纵横”期刊上还发表一篇陈先生等人早年从事实验物理的报告,及近年对某些实验的争鸣,体现了陈先生对科学的严谨风格和深厚的功底。
此外的论文也都精彩纷呈:例如:相对论与牛顿力学能混合运用吗?量子场论的水星近日点的进动,引力能统一到弱作用中吗?物理学的时空是描述物质运动的工具,等等。尤其是论文“用广义化牛顿力学处理磁偏转问题”,解决了狭义相对论与电子迴旋加速器和同步辐射光源加速器的实验结果严重不相符的问题(例如上海同步辐射光源用相对论理论计算值偏离实验结果达35倍)。
2、参加世界空间科学大会
世界空间科学大会每两年召开一次,陈先生连续参加了五届,即:2006年第36届(北京)、2008年第37届(加拿大蒙特利尔)、2010年第38届(德国不来梅)、2012年第39届(印度曼菲尔)、2014年第40届(俄罗斯莫斯科),共发表论文23篇,在36、37届陈先生还出席作了口头宣讲。陈先生的论文涉及许多重大的课题,例如:预言引力探测器B(GP-B)是负结果,并且后来得到证实;提出单向光速测量的方案;用多普勒效应的测量结果直接得出相对论的罗仑兹变换;多普勒效应的测量结果推导出测不准关系和普朗克常数;天体基本电场和基本磁场的由来;量子纠缠态的由来;太阳風和太阳黑子起源于木星运行到太阳与银河系中心的连线上;途中引力红移所导致的哈勃常数,其计标值与最新观测值相符;引力波是偶极辐射;先峰号飞船非模型反常加速度的解释;引力违反线性叠加原理而导致观测到的‘暗物质’和‘暗能量’现象;等等。尤其是今年被大会接受发表的9篇论文中,有3篇是曾中文发表的 “量子旋进论”即‘非点’模型的五维量子场论的英文简介。分别是:“光子、静质量量子和电荷量子都是由中微子形成的吗? ”;“引力常数似依赖于星系的绝对速度”;“从‘非点’模型的量子场导出的微波背景辐射和基本粒子的结构”。陈先生的论文越来越受到重视,论文均为历届文集刊载,并被美国宇航局(NASA)文库所收藏。
(五)五十年前推出的理论——“量子旋进论”至今仍散发光彩
1964年陈先生著的“量子旋进论”原文2011年发表在中国科技纵横131期192-210页,简介如下:
1、“量子旋进论”的基本时空模式和运动方程
量子旋进论认为量子不是一个线性运动的“点”粒子,而是“非点”粒子,同时存在“旋进”:左旋进、左旋退、右旋进、右旋退这四种状态,在传统意义上的“四维时空”上再增加“旋间维”,构成“空间—时间—旋间”的“五维时空”。四种“旋进量子”其实就是最低能态的左旋和右旋中微子,在空间量子化的i、 j、k任一方向只能有前进或后退这两种状态。五维坐标为:
ρ = (ρ 0, ρ 1, ρ 2, ρ 3, ρ 4) = (i c t, x, y, z, ρ) = (i c t, r, ρ)
波动性的强度用五维波长ζ = (i c τ, λ, ξ)量度,粒子性的强度用五维动量P = (i E / c, P, µ c)度量。波-粒二重性的对立统一律用ζ和P满足如下关系表示:ζ = k / P = i ћ / P,ζ ζ = 0,P P = 0,这正是测不准关系从四维推广到五维的结果。粒子性 (或波动性)强度的总和也是一个守恒量,即:∑P = P 0,这正是动量能量守恒定律从四维推广到五维的结果。
在五维时空中研究物质的基本运动形态,将四维的测不准关系和四维动量能量守恒定律推广提升成为具体化的四个五维的基本方程。从而在更高层次的上描述了实物与场、电磁场与引力场、电荷、自旋、静止质量等物质的运动形态。并且从四个五维方程可推导出Klein-Gorden方程、Maxwell方程以及Lorentz力的公式。当然量子力学、相对论量子力学、量子场论的基本方程都包含在上述四个五维方程之内。特别要强调指出的是:从五维方程得出的Lorentz力f是旋进量子之间的磁性力,当距离r=0时f=0。意味着量子场论的发散困难被彻底地消除了,这也正是‘非点’模型的量子场论应该有必然结果。
2、“量子旋进论”的主要应用
用量子旋进论的运动方程既可以解决微观的基本粒子的静质量分布、反常磁矩的来源、核结构、核力等问题,也可以解决宏观的基本地磁、地电场起源等问题。它详细的描述了旋进量子的诸种形态及相互作用,并用于解释光量子、静质量量子、电荷量子的运动形态及基本粒子的构造;解释了中微子和反中微子、正电子和电子、质子和反质子、中子和反中子、超子及反超子,共约20种基本粒子的相关数值和运动形态,并考核了理论值与实验数据的关联情况。
3、实验结果支持“量子旋进论”
“量子旋进论”推导出四大常数,与实验值极其接近:
万有引力常数G=6.6694 *10-8C.G.S.;
电磁作用学数α=1/136.9;
弱作用力常数β=1.010756 * 10-5;
强作用力常数=15.8943。
“量子旋进论”还有效的解释了一些重大实验结果,例如:奇异粒子和奇异数守恒的本质等。
4、“量子旋进论”提出了许多重要的科学探索
最值得引起重视的应该是:提出比核能更为巨大的能源——基本粒子分裂产生“旋进能”,这种能量不但比核能大得多,而且具有高效的直接产生电磁能和光能的独特优势;有理由期待“量子旋进论”能解决超导问题;能解释生物生长的趋磁性和负电场有助于作物生长等的作用机制问题,新机理的应用能促进农作物高产;在宏观研究方面对天体物理和宇宙研究提供有力的理论指导,对天体研究提供新的方向和思维。人类认识客观世界是不断深化的。“量子旋进论”无疑的是更好的反映了,哪怕是部分地更好的反映了客观存在的物质本来面目和运动规律。目前,“量子旋进论”在理论模型的描述和方程式的表达方面较为详尽,但许多基础的实验和理论探讨的深入展开,还有许多工作可做。
五十年过去了,反观之,令人惊叹!在理论物理的前沿,“量子旋进论”以其系统性、新颖性、独创性和完美性不断散发出耀眼的光芒。一种新理论出现就解决了前有理论和实验中不能解决的困难,多达几十件之多,这在科学史上实属罕见;新理论提出了新的科学的预见,给学界以新的启示和方向。
陈先生50年前对电荷、质量、光等物质基本形态就有独创的见解,对当时的流行理论超前了很多,直至现在才被学界接收是不足为怪的。陈先生由单向光速可测,洛伦兹变换和测不准关系都来自于多普勒效应出发,以新引力公式将狭义相对论、量子力学、广义相对论和量子场论都与牛顿力学相贯通;再由实验物理学的时空可测量性,提出测量时空的概念,升华了对物质间相互作用的认识,又发表了许多论文解决了现有理论不能解决的实际问题。量子旋进的五维时空概念,才逐步得到学界认可。
陈先生认为:他只开了个头,希望后继有人! 有许多命题还需进一步探讨。我们认为:“量子旋进论”五十年过去了,从现在的角度来看,重新命名为“旋进量子场论”似乎更为贴切,也反映了量子场论的新进展。
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宇宙到底是大爆炸的产物还是永恒的?
“宇宙不到一小时就造出了原子,几百万年就造出了恒星和行星,而造出人类却用了50亿年!”——乔治·伽莫夫
大爆炸宇宙模型告诉我们宇宙是有起源的,万物是经过数亿年的演化发展至今的。而这个模型的提出也给出了我们很多关于宇宙起源的预测,并于我们的观察结果相符!
那么大爆炸模型的正确几率有多大?还是说宇宙一直都存在?我们就先来看看宇宙中有什么?
宇宙中有什么我们的夜空中布满了恒星,而仅在我们的银河系就有数千亿颗恒星。但是在恒星之外,我们现在很容易用哈勃太空望远镜看到,有大量的星系散布在宇宙空间中!我们目前也有许多可操作性的技术来测量宇宙中的星系离我们有多远。
最简单的一方法就是哈勃本人发现的,通过观察星系中的单个恒星来测量星系的距离。
我们首先要对恒星做大量的研究工作,知道恒星是如何工作的!从新星到各种类型的变星,再到壮观的超新星爆发,它们都有一个共同的特点!就是内禀亮度和表观亮度。所以我们通过观察一颗恒星首先知道它本身有多亮(内禀亮度),然后测量这颗恒星看起来有多亮(表观亮度),根据距离和光度关系,我们就可以算出这颗恒星离我们有多远。
还有一点就是多普勒效应,向我们移动的物体发出的光会向光谱的蓝端移动,而远离我们的物体发出的光会向红端移动,通过测量星系的光谱线,从而发现星系是在向我们移动还是在远离我们,以及移动的速度有多快。
通过对星系光度的测量我们发现了什么?以及一些可能的理论通过观察星系的距离和红移关系,我们发现星系离我们越远,远离我们的速度就越快!或者,更准确地说离我们越远的星系观测到的红移越大。哈勃本人并不知道星系为什么会远离我们,但这个关系(哈勃定律)我们现在已经知道在宇宙各个方向上,超过10亿光年以外的星系都是成立的。就这一点我们就可以否定一个稳恒态的宇宙,也就是永恒存在的宇宙。
那么是什么原因造成了物体离我们越远,光的红移越明显?就其本身而言,这一观察结果就提供了许多可能的解释,包括:
光会疲劳,随着时间的推移会失去能量,
宇宙在振荡,随着时间的推移会收缩和膨胀,而我们只是正好处在膨胀的阶段,宇宙常数,比如光速,或者引力常数,随着时间的推移发生了变化,宇宙稳定而均匀地膨胀,并随着膨胀而产生新的物质宇宙在快速旋转,而远离我们的星系有很大的、无法观察到的平移运动。以上的思想都预测了不同的现象,而这些预测在原则上是可以通过观察来检验的,并使我们能够把这些思想彼此区分开来。但在20世纪40年代,乔治·伽莫夫以及他的学生拉尔夫·阿尔弗和罗伯特·赫尔曼所提出来的想法与以上的思想都不同。
乔治·伽莫夫的大爆炸模型,以及一些预测伽莫夫的想法是:红移是因为宇宙在膨胀,而且过去宇宙的膨胀速度更快!随着时间的推移宇宙会冷却、膨胀和减速。
和其他的想法一样,伽莫夫的理论做出了一些惊人的预测。如果我们回到过去,让宇宙变得密度、温度越来越高,会发生什么?
实际上,如果我们往回追溯得足够远,宇宙就会因为温度太高,而无法形成稳定的中性原子!但在一个膨胀的宇宙中,电离这些原子的辐射,现在应该是温度很低,并且均匀的散布在整个空间中,这些辐射会红移到光谱的微波部分。不仅如此,残留的辐射应该有一个非常特殊的光谱类型,被称为黑体光谱。
尽管在20世纪40年代观测的技术还比较落后,但伽莫夫的预测并没有止步于此!
刚才说了单个原子!那么单个原子核呢?从某种程度上说,其实跟单个原子一样,随着温度的增加,原子核也会被辐射能量炸开,在这种温度下宇宙不会形成比单个质子、中子或电子更复杂的结构!
但是我们要记住,宇宙一直在膨胀和冷却的,在某一时刻,宇宙温度降低就可以迈出第一步:质子和中子结合在一起产生了氘。也可以理解为宇宙在某一时间段内,在合适的温度和密度下进行了简单的核聚变,通过向氘添加更多的质子和中子来制造更重的元素!
也许,宇宙中丰富的元素就是这样产生的!
其实关于宇宙模型到底是怎样的?包括大爆炸在内的很多对立的理论被科学家认真考虑了一段时间。因为理论是预测可能发生事情的工具,但是一个理论是否正确必须依靠观察和实验的数据来做支撑,或者这些数据可以帮助我们确定哪些理论是最好和最有效的!
1964年是一些理论开始被终结。为什么呢?对预测的验证阿诺·彭齐亚斯(Arno Penzias)和鲍勃·威尔逊(Bob Wilson)为贝尔实验室(Bell Labs)工作,(上图)使用喇叭天线是为了研究宇宙中的微波辐射。他们发现,虽然银河系平面上有一些特殊的微波辐射,但整个天空中充满了低温噪音,他们甚至清理了天线口中大量的鸟粪,赶走了周围的鸟,还是无法消除这些低温噪声!
说实话,他们对充满全天空的低温噪声感到十分困惑,并不确定是什么原因造成的。这其实就是伽莫夫预言的宇宙大爆炸遗留下来的余晖。但是这个辐射的光谱是什么呢?直到20世纪90年代的COBE任务、以及后来的WMAP和普朗克巡天计划中,通过对微波辐射的精确测量,人们才真正得到了准确的验证!
大爆炸以令人难以置信的、无可争辩的精度,预言了充满全天空、分布均匀的宇宙微波辐射!
那么最后一部分呢?大爆炸预言的轻元素丰度?我们预测大爆炸会形成一个质量大约为75-77%的氢、23-25%的氦、少量的氘、氦-3和非常非常少量的锂组成的宇宙。我们在微波辐射的光谱中看到了什么?
大爆炸理论在20世纪40年代才开始成形,但它预测能力与观测结果非常一致!根据广义相对论,我们可以把各种奇异的东西扔到宇宙的大规模结构中,例如:磁单极子、宇宙弦、磁畴壁、宇宙常数、中微子、暗物质、暗能量、空间曲率,以及原子和光子。所有这些都会在大规模结构中导致截然不同的观察结果。
通过微波背景的波动。我们发现宇宙初期有一些暗物质,有宇宙常数,少量的中微子,剩下的只是原子和光子。这和大爆炸的预测是一致的。
难道大爆炸的初始条件不需要微调就能得到一个充满这么多物质的宇宙?意思就是说宇宙中的物质咋来的?
解决的方案就是宇宙暴涨理论,它可以导致大爆炸的发生。
大爆炸是迄今为止最成功的宇宙理论。所有的其他的选择都在中途失败了,包括光的疲劳,霍伊尔的稳态理论,以及阿尔文的等离子宇宙学。
保守地说,如果要给出一个概率的话,从宇宙的诞生到现在大爆炸有99.9%的可能是正确的。这就是为什么我们真的认为一切都始于一声巨响!
中国基础科学研究在世界上到底处于什么水平?
中国的基础科学研究总体来说进步很大,但是问题也不少。个人认为还算不上世界一流。
中国的基础研究处于一个重要的发展时期
中国高度重视基础研究,并引入了一系列倡议和方案,包括国家自然科学基金和973计划,作为基础研究快速发展的新动力。中国基础研究支出稳步增长,从2001年的52.2亿元增加到2016年的822.9亿元。
由于资金增加,基础研究取得了长足进展。从2007年到1717年,中国国际科技论文的引用数量位居世界第二。它在18个学科中的引文数排名前10位,并且在高被引论文数量上排名第3 。 2016年,被“高度引用的研究人员”名单上的中国科学家人数增加到183人(包括香港,澳门和台湾),居世界第三位。中国在基础研究方面取得了许多世界领先的突破,包括高温超导,多光子纠缠,中微子,量子通信和干细胞的研究。
中国的基础研究仍然面临着紧迫的问题
中国现代科学的发展始于不到100年前,仍然面临着突出的问题。 中国在基础研究方面的开支仍然不足,大约是美国的六分之一。 中国的基础研究支出占其研发总支出的百分比多年来一直保持在5%左右,而美国和日本则为15%左右。 同时,企业和社会对基础研究的投入很低。 中国在基础研究方面缺乏领先的科学家。 中国尚未积累足够的基础研究成果和技术,导致工业技术路线图发生重大转变,基础研究尚未为工业通用技术的发展提供强有力的支持。